Abstract Caloric restriction (CR) improves healthspan and lifespan of organisms ranging from yeast to mammals. Understanding the mechanisms involved will uncover future interventions for aging associated diseases. In budding yeast, Saccharomyces cerevisiae , CR is commonly defined by reduced glucose in the growth medium, which extends both replicative and chronological lifespan (CLS). We found that conditioned media collected from stationary phase CR cultures extended CLS when supplemented into non-restricted (NR) cultures, suggesting a potential cell non-autonomous mechanism of CR-induced lifespan regulation. Chromatography and untargeted metabolomics of the conditioned media, as well as transcriptional responses associated with the longevity effect, pointed to specific amino acids enriched in the CR conditioned media (CRCM) as functional molecules, with L-serine being a particularly strong candidate. Indeed, supplementing L-serine into NR cultures extended CLS through a mechanism dependent on the one-carbon metabolism pathway, thus implicating this conserved and central metabolic hub in lifespan regulation.

ABSTRACT Chronological lifespan (CLS) of budding yeast, Saccharomyces cerevisiae, is a commonly utilized model for cellular aging of non-dividing cells such as neurons. CLS is strongly extended by isonicotinamide (INAM), a non-metabolized isomer of the NAD + precursor nicotinamide (NAM), but the underlying mechanisms of lifespan extension remain uncharacterized. To identify potential biochemical INAM targets, we performed a chemical genetic screen with the yeast gene knockout (YKO) strain collection for INAM-hypersensitive mutants. Significantly enriched Gene Ontology terms that emerged included SWR1 and other transcription elongation factors, as well as metabolic pathways converging on one-carbon metabolism and contributing to nucleotide biosynthesis, together suggesting that INAM perturbs nucleotide pools. In line with this model, INAM effects on cell growth were synergistic with mycophenolic acid (MPA), which extends lifespan by reducing guanine nucleotide pools. Direct measurements of nucleotides and precursors by mass spectrometry indicated that INAM reduced nucleotides, including cAMP, at 24- and 96-hour time points post-inoculation. Taken together, we conclude that INAM extends CLS by perturbing nucleotide metabolism, which may be a common functional feature of multiple anti-aging interventions.

Abstract Insects display exceptional phenotypic plasticity, which can be mediated by epigenetic modifications, including CpG methylation and histone modifications. In vertebrates, both are interlinked and CpG methylation is associated with gene repression. However, little is known about these regulatory systems in invertebrates, where CpG methylation is mainly restricted to gene bodies of transcriptionally active genes. A widely conserved mechanism involves the co-transcriptional deposition of H3K36 trimethylation and the targeted methylation of unmethylated CpGs by the de novo DNA methyltransferase DNMT3. However, DNMT3 has been lost multiple times in invertebrate lineages raising the question of how the links between CpG methylation, histone modifications and gene expression are affected by its loss. Here, we report the epigenetic landscape of Leptinotarsa decemlineata, a beetle species that has lost DNMT3 but retained CpG methylation. We combine RNA-seq, enzymatic methyl-seq and CUT&Tag to study CpG methylation and patterns of H3K36me3 and H3K27ac histone modifications on a genome-wide scale. Despite the loss of DNMT3, H3K36me3 mirrors CpG methylation patterns. Together, they give rise to signature profiles for expressed and non-expressed genes. H3K27ac patterns, which show no association with CpG methylation, have a prominent peak at the transcription start site that is predictive of expressed genes. Our study provides new insights into the evolutionary flexibility of epigenetic modification systems that urge caution when generalizing across species. Research highlights Despite lacking DNMT3, EM-seq revealed CpG methylation in the Colorado potato beetle. CUT&Tag showed an association of H3K36me3 and H3K27ac with transcription, while only H3K36me3 aligns with CpG methylation, demonstrating epigenetic flexibility.